Nature：突破35°C迷思：重新定义高温威胁与生存边界的科学探索
Nature：突破35°C迷思：重新定义高温威胁与生存边界的科学探索
随着全球气候变暖，极端高温天气越来越频繁，对人类健康构成严重威胁。科学家们一直在探索人体在极端高温下的生存极限。近日，悉尼大学研究团队通过先进的气候舱实验，重新定义了人体高温生存极限，并为高温预警系统和降温策略提供了科学依据。
引言
随着全球气候变暖，极端高温现象日益频繁，对人类健康构成了前所未有的威胁。然而，人类在极端高温条件下的生存极限却并未得到充分研究。2019年，悉尼大学的生理学家Ollie Jay开始设计一个能够模拟当前及未来热浪的气候舱，旨在研究人类在极端高温下的生理反应。这一设备于2021年建成，投入使用后，Jay的研究团队通过在严格医疗监督下暴露参与者于极端高温环境中，探索人体在面对高温时的生存极限，并研究有效的降温策略。这一研究不仅有助于理解极端高温对人体的影响，还能为应对日益加剧的气候变化提供科学依据（8月14日Nature “What is the hottest temperature humans can survive? These labs are redefining the limit”）。
全球70%的人口，即24亿劳动力面临极端高温的高风险。然而，公共健康机构对高温应对措施的建议却往往缺乏足够的科学依据。例如，美国疾病控制与预防中心(US Centers for Disease Control and Prevention)和世界卫生组织(World Health Organization)提供的高温应对指南存在不少关于人体生理反应的误区。为了改进这些建议，Jay的团队利用气候舱进行了一系列实验，研究温度、湿度等因素如何影响人体的核心体温、心率及出汗等生理指标。
此外，Jay的研究还挑战了2010年基于数学模型得出的“湿球温度”(WBT)35°C的生存极限。该模型并未考虑人类在现实条件下的行为和生理反应，如出汗、运动等。相较之下，Jay的团队在2021年得出更为实际的生存限值，提出在湿球温度达到31°C时，人体核心温度将失控上升。这一发现为重新定义高温生存极限提供了重要参考。
Jay团队的最终目标是通过研究找到更有效的应对策略，帮助全球受高温威胁的人口，尤其是那些易受气候变化影响的工人和弱势群体，在日益恶劣的环境中生存。
人类对极端高温的生存极限
随着全球气候变暖，极端高温天气变得越来越频繁，世界各地的天气报告中不断出现令人担忧的高温预警。然而，尽管这种情况不断加剧，人类对极端高温的生理耐受极限仍然是一个尚未完全了解的领域。为了研究人体在极端高温下的表现，来自悉尼大学的生理学家Ollie Jay及其团队设计并建造了一个能够模拟未来热浪的气候舱(climate chamber)，以便在可控的环境中研究人类如何应对极端高温。
气候舱：重新定义极端高温下的人体反应
Jay的团队花费了18个月时间，并耗资200万澳元(约130万美元)完成了这一气候舱的建造工作。气候舱位于悉尼大学的顶楼，其结构复杂，可以模拟不同温度、湿度和风速的环境，甚至能够利用红外灯模拟太阳光照。舱室的大小约为4米乘5米，研究人员可以通过调节每分钟温度变化1°C，从5°C升高至55°C，精确控制实验条件。此外，湿度是影响人体对热应激(heat stress)反应的关键变量，气候舱也具备调节湿度的功能，以模拟高温与高湿条件下的复杂环境。
实验参与者在气候舱中可以进食、睡眠和运动，同时，研究人员通过传感器收集参与者的心率、呼吸、出汗和体温等生理数据。这些数据在隔壁的控制室中进行分析，为更好地理解人体在极端高温环境下的生理反应提供了宝贵的实验依据。
湿球温度(WBT)：人体生存极限的再定义
长期以来，关于人体在极端高温条件下的生存极限存在许多误解。2010年，一项基于数学模型的研究提出，人体的生存极限为湿球温度(WBT)35°C。湿球温度是一个综合考虑温度和湿度的指标，用于评估人体在高温环境中的热应激。然而，这一模型有诸多限制，模型中的人体被简单地视为一个不穿衣、不出汗且不运动的静止物体，因此其预测结果无法完全适用于现实环境。
尽管如此，该研究结果仍然被许多公共健康机构采用，甚至连政府间气候变化专门委员会(IPCC)也将35°C的湿球温度视为极端高温下的人体生存极限。然而，Jay及其他科学家认为这一标准过于简单，并不能准确反映人体在实际高温条件下的生理表现。
2021年，宾夕法尼亚州立大学的生理学家Larry Kenney团队通过实验得出了更为精确的湿球温度生存极限，即31°C左右。Kenney的团队通过监测参与者在不同温度和湿度组合下的核心体温变化，得出了这个新标准。这些参与者是年轻且健康的个体，他们在实验中需要骑自行车，以模拟高温条件下的运动和出汗反应。Kenney的研究表明，传统的35°C湿球温度限值过高，许多人在31°C左右的湿球温度下就会出现体温失控的情况。
这种新发现得到了更多科学家的认可，例如哈佛大学的热与健康研究员Robert Meade表示，越来越多的研究开始采用Kenney团队提出的31°C湿球温度作为生存极限。Jay团队同样采用了气候舱进行相关研究，进一步验证了这一结果。
建立更具现实性的生理模型
Jay团队的另一项重要研究成果是基于生理数据建立了一个数学模型，用于预测人体在极端高温条件下的生存能力。该模型不仅考虑了年轻健康个体的出汗能力，还考虑了不同年龄段人群的身体反应差异。研究人员利用这些数据，推算出年轻人与老年人在阴凉处和阳光直射条件下的生存极限。例如，他们的研究结果显示，年轻人的生存极限湿球温度在26°C到34°C之间，而老年人的生存极限则在21°C到34°C之间。
Jay团队的模型在多个场景下进行了测试，结果表明，人体在阳光直射下的生存极限要低于在阴凉处时的限值。同时，年龄较大的人群在高温条件下的承受能力也显著低于年轻人。通过该模型，研究人员还计算出了不同年龄段个体在日常活动中的“可居住限值”(livability limits)，这些活动包括办公、步行、爬楼梯、跳舞和重体力劳动等。尽管这一模型展现出较强的预测能力，但Meade指出，未来仍需要进一步的人体实验来验证其准确性。
为了改进模型，Jay的团队首先在气候舱中对年轻健康的个体进行实验，通过测量他们在不同温湿度组合下的核心体温、心率和出汗情况，找出人体的温度阈值。当环境温度达到安全限值时，实验即停止。未来，研究团队计划对不同年龄段的个体进行测试，尤其是在阴凉处和阳光下运动时的生理反应。这些数据将用于优化模型，为高温条件下的健康建议提供依据。
有效的降温策略：从工厂到家庭
除了研究人体的生存极限，Jay团队还致力于探索有效的降温策略，特别是针对那些在高温环境中工作的群体。在孟加拉国的制衣工厂中，工人通常在没有空调的高温环境下工作数小时。Jay的团队重建了工厂的工作条件，并模拟了工人在气候舱中的工作状态。通过测试不同的降温策略，如使用电风扇、定期饮水以及改变工厂屋顶的颜色，研究人员测量了参与者的生理功能和工作效率。他们的研究表明，当环境温度升高时，工人会放慢工作速度，生产效率因此下降。
此外，研究团队还测试了在不同温湿度组合下使用风扇和湿润皮肤对老年人的心脏压力的影响。结果发现，在潮湿的环境中，使用风扇可以减少心脏压力，温度最高可达38°C。而在干燥环境中，使用风扇则增加了心脏压力，但湿润皮肤在干燥和潮湿环境中均表现出积极的降温效果。
Jay团队的另一个创新成果是为婴儿车中的婴儿提供降温建议。研究发现，干燥的白色布料会导致婴儿车内温度升高2.5°C以上，而潮湿的白色纱布则能够使婴儿车内温度降低5°C左右。这一研究不仅得到了媒体的广泛关注，还在公众中迅速传播。Jay表示，实验结果发布后不久，他就看到越来越多的家长开始在推车上使用喷壶湿润的白色纱布。
应对未来：更安全的高温预警系统
Jay的研究不仅限于实验室，团队还积极参与全球热浪预警系统的设计。Google Chrome浏览器在全球推出了一项极端高温预警系统，当用户所在地区的温度超过某一阈值时，浏览器会发出高温预警，提供诸如每小时喝一杯水和湿润皮肤等降温建议。
展望未来，Jay计划在孟加拉国开展一项关于高温对孕妇和新生儿健康影响的研究，并在印度进行随机对照试验，测试不同的降温策略。Jay的终极目标是通过科学研究为人类应对日益加剧的高温威胁提供可靠的健康保障。
在悉尼大学的起步阶段，Jay只有16500澳元的启动资金和一个陈旧的气候舱。但通过多年的努力，他的团队不仅获得了更多的资金支持，还在极端高温研究领域取得了显著进展。